DE102017101951B4

DE102017101951B4 - Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102017101951B4
Application number: DE102017101951.0A
Authority: DE
Inventors: David Ehrenberger; Thomas Kunzmann; Sebastian Reuß
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: DE102017101951A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit einer Hauptleitung 5 für einen Abgasstrom 6 und einer von der Hauptleitung 5 abzweigenden Nebenleitung 8 für einen aus dem Abgasstrom 6 abgezweigten Teilstrom 9. Ferner umfasst das Leitungsteil ein Filterelement 11, welches solcherart im Leitungsteil angeordnet ist, dass es eine Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom 6 und dem Teilstrom 9 bildet, die vom Teilstrom 9 beim Abzweigen aus dem Abgasstrom 6 zu durchströmen ist. Die Hauptleitung 5 besteht im Wesentlichen aus einem Rohrstück 1 mit einer ersten 2 und einer zweiten Rohröffnung 3 sowie einer die Rohröffnungen 2, 3 verbindenden umlaufenden Wandung 4, welche eine Abzweigungsöffnung 7 für die Nebenleitung 8 aufweist. Die Nebenleitung 8 ist mittels eines Aufsatzelements 10 an der Hauptleitung 5 befestigt, indem das Aufsatzelement 10, die Abzweigungsöffnung 7 ganzflächig überdeckend, von außen auf das Rohrstück 1 aufgesetzt ist. Das Filterelement 11 ist am Aufsatzelement 10 angebracht oder zwischen dem Rohrstück 1 und dem Aufsatzelement 10 eingelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Bausatz zum Herstellen eines solchen Leitungsteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17. Ein solches Leitungsteil umfasst eine Hauptleitung für einen Abgasstrom sowie eine von der Hauptleitung abzweigende Nebenleitung für einen aus dem Abgasstrom abgezweigten Teilstrom. Ein Filterelement ist solcherart im Leitungsteil angeordnet, dass es eine Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom und dem Teilstrom bildet, die vom Teilstrom beim Abzweigen aus dem Abgasstrom zu durchströmen ist. Die Hauptleitung besteht im Wesentlichen aus einem Rohrstück mit einer ersten und einer zweiten Rohröffnung sowie einer die Rohröffnungen verbindenden umlaufenden Wandung, die eine Abzweigungsöffnung für die Nebenleitung aufweist.
Insbesondere bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren ist es aufgrund strenger Abgasvorschriften üblich geworden, zur Verringerung der Stickoxidbildung Verbrennungsgase kontrolliert zurück in den Brennraum zu leiten. Hierzu werden der Abgastrakt und der Ansaugtrakt des Motors durch eine Leitung verbunden. Diese kann im Zylinderkopf verlaufen oder eine separate Leitung außerhalb des Motorblocks sein. Wird der vom Verbrennungsmotor angesaugten Luft auf diese Weise Abgas zugemischt, sinkt die Sauerstoffkonzentration des dem Motor zugeführten Gemischs, was die Verbrennungstemperatur in den Zylindern des Motors senkt. Da die Bildung von Stickoxiden stark temperaturabhängig ist, kann die Stickoxidbildung hierdurch gesenkt werden. Um die Effizienz dieses Vorgangs zu erhöhen, muss das rückgeführte Abgas dem Ansaugtrakt allerdings möglichst kühl zugeführt werden, was durch eine aktive Kühlung des rückgeführten Abgasstroms oder durch eine Entnahme des rückzuführenden Abgases an einem weiter stromabwärts liegenden Punkt der Abgasanlage, an dem die Abgastemperaturen bereits deutlich abgesenkt sind, erfolgen kann.
Insbesondere bei modernen Dieselmotoren ist es üblich, hybride Abgasrückführsysteme einzusetzen, bei denen ein Teil des Abgases motornah zur Rückführung entnommen wird (Hochdruck-Abgasrückführung) und ein Teil stromabwärts des Katalysators bzw. Dieselpartikelfilters entnommen wird (Niederdruck-Abgasrückführung).
Problematisch ist hierbei nun, dass über die Niederdruck-Abgasrückführung Keramikpartikel des Katalysators bzw. Dieselpartikelfilters in den Ansaugtrakt des Motors gelangen können. Ferner können über die Hochdruck-Abgasrückführleitung Rußpartikel in den Ansaugtrakt transportiert werden. Keramikpartikel können an den bewegten Bauteilen des Motors Schäden anrichten, insbesondere am Verdichterrad des üblicherweise vorhandenen Turboladers. Aber auch Rußpartikel im rückgeführten Abgasstrom können einen Turbolader oder sonstige Bauteile, wie einen Kühler für den rückgeführten Abgasstrom, beschädigen, da die Russpartikel als Kondensationskeime wirken und eine Kondensatbildung initiieren. Das ausfallende Kondensat kann dann zu einer Verlackung und Korrosion der Bauteile führen.
Es ist daher in Abgasrückführsystemen von Verbrennungsmotoren, wie insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, jedoch auch sonstigen Ottomotoren, Dieselmotoren, Gasturbinen etc. unverzichtbar, den rückgeführten Abgasstrom zu filtern.
Ein Leitungsteil der vorliegenden Art wird bevorzugt in einem Abgasrückführsystem zum Abzweigen eines Teilstroms, der in den Verbrennungsmotor rückgeführt wird, verwendet. Aufgrund des innerhalb des Leitungsteils angeordneten Filterelements, durch das der abgezweigte Teilstrom hindurchtreten muss, wird der rückgeführte Abgas-Teilstrom beim Abzweigen aus dem Abgas-Hauptstrom gefiltert.
Aus der EP 2 326 823 B1 ist ein Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einer Hauptleitung und einer Nebenleitung bekannt, wobei sich die Nebenleitung in eine Abgasrückführleitung fortsetzt. Aus einem durch die Hauptleitung geführten Abgasstrom wird hier mittels der Nebenleitung ein Teilstrom abgezweigt, der in den Verbrennungsmotor zurückgeführt wird. In dem Bereich, in dem der Teilstrom abgezweigt wird, weist das Leitungsteil nach diesem Stand der Technik einen Bereich mit vergrößertem Innendurchmesser auf. In diesem sitzt ein schlauchförmiges Filterelement, das eine Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom und dem Teilstrom bildet, so dass der Teilstrom beim Abzweigen aus dem Abgasstrom durch das Filterelement hindurchtreten muss und so gefiltert wird. Das Filterelement weist einen sternförmigen Querschnitt auf, um eine möglichst große Filterfläche zu bilden, und ist dementsprechend aufwändig herzustellen. Des Weiteren sind zum Halten des Filterelements im Leitungsteil, insbesondere in der Hauptleitung, formschlüssige Halteelemente vorgesehen, die dem sternförmigen Umfang des Filterelements angepasst sind und verhindern müssen, dass Teile des Abgasstroms ungefiltert in die Nebenleitung gelangen. Dementsprechend aufwändig ist die Herstellung sowie die Montage dieses bekannten Leitungsteils.
Aus der DE 10 2013 111 313 A1 ist ein Leitungsteil der vorliegenden Art bekannt geworden, das für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und eine Hauptleitung für einen Abgasstrom sowie eine von der Hauptleitung abzweigende Nebenleitung für einen rückzuführenden Teilstrom umfasst. Die Hauptleitung wird durch ein Rohrsegment gebildet, in dem ein inneres Leitrohr angeordnet ist. Zwischen dem inneren Leitrohr und dem Rohrsegment befindet sich ein Ringspalt, der einen Überströmraum bildet, in welchen der Abzweig mündet. Das hier verwendete Filterelement ist nicht schlauchförmig ausgebildet, sondern es ist solcherart zwischen dem Rohrsegment und dem Leitrohr angeordnet, dass der vom Abgasstrom abgezweigte Teilstrom, der vom Ringspalt in die Nebenleitung abgeleitet wird, durch das Filterelement, das ringförmig vor dem Ringspalt sitzt, hindurchströmt.
In der DE 10 2013 221 508 A1 ist eine Abgasrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben, die ein Leitungsteil mit einer Hauptleitung sowie einer von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitung für einen rückzuführenden Teilstrom des Abgasstroms umfasst. Die Nebenleitung bildet eine Prallfläche, um zu verhindern, dass ein in die Nebenleitung eingesetzter Filter sich mit Teerprodukten und Eisensulfat anreichert.
In der DE 10 2012 214 609 A1 ist ein Filter zum Einsetzen in eine Leitung zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor beschrieben. Dieser Filter sitzt auf einem Rohrstutzen, wird in die Abgasrückführleitung eingesetzt und weist ein Filterelement auf, das aufgrund seiner dreidimensionalen Form Wärmeausdehnungseffekte kompensieren kann.
In der DE 11 2007 002 746 B4 ist ein Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors offenbart, das eine Hauptleitung für einen Abgasstrom und eine von der Hauptleitung abzweigende Nebenleitung aufweist, die sich in eine Abgasrückführleitung fortsetzt. Ein Filter ist an dieser Stelle nicht vorgesehen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2015 113 073 A1 offenbart ein Leitungsteil mit einer Hauptleitung für einen Abgasstrom eines Verbrennungsmotors und einer von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitung für einen abzuzweigenden Teilstrom. Ein Filterelement ist solcherart im Leitungsteil angeordnet, dass es vom abgezweigten Teilstrom durchströmt wird, wenn dieser den Abgasstrom verlässt. Die Hauptleiung für den Abgasstrom und die Nebenleitung für den Teilstrom bestehen aus einem einstückigen Rohrelement. Hierbei ist das Filterelement vorzugsweise schlauchförmig ausgebildet.
Beim Verwenden der bekannten Filterelemente, die die Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom und dem Teilstrom bilden, hat es sich nun als Problem herausgestellt, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere wenn es sich um einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor handelt, starke Temperaturschwankungen auftreten, bei einem Dieselmotor typischerweise zwischen 200°C und 800°C, unter Umständen sogar bis 850 °C. Dies hat Wärmeausdehnungseffekte im Leitungsteil zur Folge, die zu einer Beschädigung des Filterelements führen können, indem beispielsweise Risse im Filterelement entstehen. Dies ist auf eine thermomechanische Biegewechselbelastung unter Temperatur sowie gegebenenfalls unter einem Korrosionseinfluss zurückzuführen. Wenn das Filtermedium aus Stahl besteht, verstärken sich thermomechanische Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Austenit und Ferrit, was sich mit den Steifigkeiten und Festigkeiten bei den entsprechenden Temperaturen überlagert. Wenn das Filtermedium infolgedessen bricht, können die abzuscheidenden Partikel den Filter passieren und zu entsprechenden Problemen bei stromabwärts angeordneten Bauteilen führen. Die beim Bruch entstehenden Partikel des Filtermediums kommen noch hinzu.
Besonders problematisch ist es hierbei, dass die Temperaturschwankungen im Abgasstrom eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors in sehr kurzer Zeit auftreten, so dass sich das Filterelement schneller aufheizt und schneller abkühlt als das Rohrstück, das die Hauptleitung bildet und in dem die bekannten Filterelemente befestigt sind. Die jeweiligen Wärmeausdehnungsbewegungen erfolgen daher oft nicht gleichphasig, was die genannten Probleme verschärft.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leitungsteil der eingangs genannten Art sowie einen Bausatz zum Herstellen eines solchen Leitungsteils zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gefahr einer Beschädigung des Filterelements im Betrieb des Leitungsteils vermindert ist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Leitungsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Bausatz mit den Merkmalen des Anspruchs 17.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Leitungsteils finden sich in den Ansprüchen 2 bis 16.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also die Nebenleitung des Leitungsteils mittels eines Aufsatzelements an der Hauptleitung befestigt, indem das Aufsatzelement von außen auf das Rohrstück aufgesetzt ist und hierbei die Abzweigungsöffnung ganzflächig überdeckt. Das Filterelement ist erfindungsgemäß am Aufsatzelement angebracht oder zwischen dem Rohrstück und dem Aufsatzelement eingelegt.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Filterelement im Wesentlichen lediglich die Fläche der Abzweigungsöffnung überdecken muss und flächig ausgebildet sein kann. Durch diese Abkehr von der Schlauchform oder der Ringform, wie sie bei bekannten Leitungsteilen eingesetzt wird, lassen sich signifikante Einsparungen erzielen. Des Weiteren lässt sich das Filterelement sehr viel leichter im Leitungsteil fixieren, insbesondere solcherart, dass Wärmeausdehnungsbewegungen nicht zu einer Beschädigung des Filterelements führen können, wie z. B. durch eine schwimmende Befestigung in einem Schiebesitz, als dies bei den bekannten schlauchförmigen oder ringförmigen Filterelementen möglich ist. Darüber hinaus sind die Wärmeausdehnungseffekte beim Filterelement des erfindungsgemäßen Leitungsteils geringer als bei den großflächigen Filterelementen der bekannten Leitungsteile, was die Gefahr von Beschädigungen des Filterelements durch Wärmeausdehnungsbewegungen verringert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich durch das Aufsatzelement, das ganz einfach auf das Rohrstück, das die Hauptleitung bildet, aufgesetzt und dort befestigt werden kann, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Dies erleichtert die Montage des erfindungsgemäßen Leitungsteils insbesondere auch deshalb, weil das Filterelement zuvor am Aufsatzelement angebracht und mit diesem zusammen an der Hauptleitung befestigt werden kann. Alternativ kann das Filterelement vor dem Anbringen des Aufsatzelements an der Hauptleitung zwischen das Rohrstück und das Aufsatzelement eingelegt werden. Es ergibt sich so eine wesentlich leichtere und kostengünstigere Montage des erfindungsgemäßen Leitungsteils, als dies bei den bekannten Leitungsteilen der Fall ist; denn bei letzteren müssen schlauchförmige oder ringförmige Filterelemente in das Innere des Rohrstücks eingebracht und dort fixiert werden.
Insbesondere dann, wenn das Filterelement zwischen dem Rohrstück und dem Aufsatzelement angeordnet ist, können beim Einbau des Filterelements durch die Aufsetzbewegung des Aufsatzelements von außen auf das Rohrstück höchstens Kräfte auf das Filterelement wirken, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Rohrstücks gerichtet sind. Da ein Filterelement für das vorliegende Einsatzgebiet in der Regel aus Metall- oder Keramikdrähten gefertigt ist, die ein flächiges Gebilde formen, wirken solche Kräfte also lediglich orthogonal zu den genannten Drähten, so dass die eingangs erwähnte, nachteilige Scherwirkung und damit die Gefahr einer Freisetzung von kleinen Partikeln entfällt.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Aufsatzelement des erfindungsgemäßen Leitungsteils im Wesentlichen sattelförmig ausgestaltet ist. Dies ermöglicht eine stabile Vorfixierung des Aufsatzelements am Rohrstück, ohne den Materialbedarf allzu sehr zu vergrößern. Das Aufsatzelement kann insbesondere auch an die Außenkontur des Rohrstücks angepasst werden, und zwar bevorzugt so, dass ein um die Abzweigungsöffnung umlaufender Flächen- oder Linienkontakt zwischen dem Rohrstück und dem Aufsatzelement hergestellt wird.
Das Aufsatzelement besteht vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material, im Normalfall aus Stahl, und nimmt das Rohrstück vorzugsweise klemmend oder einschnappend in der Sattelform auf. Wenn das Rohrstück im Bereich der Abzweigungsöffnung zylindrisch ausgebildet ist, kann dies so aussehen, dass die nach unten weisenden Flügel der Sattelform des Aufsatzelements einen Umfassungswinkel von mehr als 180° aufweisen, so dass das Aufsatzelement auf das Rohrstück aufgeschnappt werden kann. Bei abweichenden Formen des Rohrstücks können entsprechende Umfassungswinkel vorgesehen sein, wobei es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn im Rohrstück beispielsweise Sicken vorhanden sind, in die das Aufsatzelement eingeschnappt werden kann.
Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Montierbarkeit des erfindungsgemäßen Leitungsteils bzw. des erfindungsgemäßen Bausatzes: Zunächst wird das Filterelement in das Aufsatzelement eingelegt oder auf die Abzweigungsöffnung aufgelegt und dann das Aufsatzelement auf das Rohrstück aufgeschnappt, wodurch es selbsttätig vorfixiert wird. Wenn nun beispielsweise eine Lötpaste aufgetragen und das Leitungsteil in einen Lötofen verbracht wird, kann die endgültige Befestigung des Aufsatzelements am Rohrstück erfolgen. Eine solche Montage ist nicht nur besonders unaufwendig, sondern erfüllt auch höchste Ansprüche an die technische Sauberkeit.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn das Aufsatzelement einstückig an die Nebenleitung angeformt ist, denn dann ist das erfindungsgemäße Leitungsteil schon fertig montiert, wenn das Aufsatzelement fest am Rohrstück angebracht ist. Wenn die Nebenleitung aus Metall, insbesondere einem Edelstahl besteht, kann das Aufsatzelement durch Ziehen oder Hydroforming an die Nebenleitung angeformt werden.
Eine Montagehilfe oder Verdrehsicherung für das Aufsetzen des Aufsatzelements kann verhindern, dass das Aufsatzelement falsch orientiert auf das Rohrstück aufgesetzt wird bzw. dass das auf dem Rohrstück vorfixierte Aufsatzelement bis zur endgültigen Befestigung verrutscht. Eine solche Montagehilfe kann beispielsweise durch entsprechende Vorsprünge oder Sicken im Rohrstück gebildet sein und/oder sich durch die geometrische Form des Rohrstücks ergeben, wenn dieses beispielsweise konisch oder mit ovalem Querschnitt oder dergleichen ausgebildet ist.
Bei der beschriebenen einschnappenden Montage des Aufsatzelements am Rohrstück kann die Klemmkraft des Aufsatzelements, das für die Vorfixierung verantwortlich ist, durch verschiedenste Parameter beeinflusst und voreingestellt werden, wie beispielsweise durch Wahl des Umschließungswinkels, der Wandstärke, des Flächenmoments der Flügel der Sattelform und/oder des Werkstoffs.
Darüber hinaus wird das Filterelement auch bei der Vorfixierung höchstens orthogonal verpresst, was für die technische Sauberkeit hinsichtlich der notwendigen Vermeidung einer Freisetzung von Partikeln ebenso vorteilhaft ist, wie ein Anlöten des Aufsatzelements am Rohrstück.
Zweckmäßigerweise ist das Filterelement des erfindungsgemäßen Leitungsteils flächig ausgebildet und enthält wenigstens einen filterwirksamen Bestandteil aus einem Gestricke, Gewirk und/oder Gewebe, wobei das Gewebe insbesondere ein Sintergewebe und/oder ein Tressengewebe ist.
Da das Filterelement für den vorliegenden Einsatzzweck eine Filterfeinheit von mindestens 200 µm, insbesondere von mindestens 75 µm aufweisen sollte, ist es außerdem vorteilhaft, wenn das Filterelement im Wesentlichen aus einem Stützgewebe und mindestens zwei Lagen des filterwirksamen Bestandteils besteht. Der filterwirksame Bestandteil muss dann also eine nur geringe Eigenstabilität aufweisen, was das Erzielen der erforderlichen Filterfeinheit erleichtert.
Um die Problematik zu lösen, dass Wärmeausdehnungsbewegungen des Filterelements und der Bauteile des erfindungsgemäßen Leitungsteils, an denen das Filterelement befestigt ist, mitunter nicht gleichphasig verlaufen und daher Spannungen oder Quetschungen im Filterelement entstehen können, die dieses beschädigen. sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Alternativen bevorzugt vorgesehen, wobei diese Alternativen auch kumulativ vorhanden sein können:
Das Filterelement kann zum einen am Aufsatzelement in einem Schiebesitz schwimmend gelagert sein. Durch die schwimmende Lagerung werden unterschiedliche Wärmeausdehnungsbewegungen des Aufsatzelements und des Filterelements ausgeglichen, ohne das Filterelement zu beschädigen.
Das Filterelement kann daneben auch mit einem Durchhang in der Abzweigungsöffnung angeordnet sein und/oder eine, bevorzugt zum Inneren der Hauptleitung gerichtet, konvexe Form aufweisen. Unterschiedliche Wärmeausdehnungsbewegungen der Halterung des Filterelements sowie des Filterelements selbst können durch eine Ausweichbewegung des Filterelements senkrecht zur Filterfläche ausgeglichen werden, indem der Durchhang vergrößert und verkleinert wird bzw. indem sich die konvexe Wölbung des Filterelements entsprechend verändert. Ein entsprechender Effekt kann erzielt werden, indem das Filterelement mit mindestens einer parallel zu einem Umfang des Filterelements verlaufenden oder mindestens einer im Wesentlichen konzentrischen Welle oder Sicken versehen ist. Da sich eine solche Welle oder Sicke verbreitern und verschmälern kann, können hierdurch Wärmeausdehnungsbewegungen ausgeglichen werden.
Eine konvexe Form des Filterelements bietet wie auch ein Durchhang desselben in das Innere der Hauptleitung hinein den Vorteil, dass das Filterelement in das Strömungsfeld des Abgasstroms hineinreicht und daher eine besonders effiziente Abzweigung des Teilstroms ermöglicht. Das Filterelement kann jedoch auch umgekehrt orientiert sein, also von der Nebenleitung aus gesehen konvex gewölbt sein.
Ferner kann das Filterelement ein Filtergewebe mit aus Kett- und Schussdrähten gebildeten Maschen enthalten, wobei die Drähte aus Metall oder auch aus anderen Materialien, wie insbesondere Keramik bestehen können.
Sowohl die Kettdrähte als auch die Schussdrähte verlaufen bei dieser vorteilhaften Alternative in Richtungen, die mit mehr als ca. 5 bis 10 Winkelgraden von einer mittleren Längsachse des Abgasstroms abweichen, wobei die Winkel der Kettdrähte und die Winkel der Schussdrähte verschieden sein können. Bevorzugt verlaufen die Kettdrähte und die Schussdrähte in Richtungen, die jeweils in Winkeln von ca. 40 bis 50 Winkelgraden zur mittleren Längsachse stehen. Dies stellt sicher, dass weder die Kettdrähte noch die Schussdrähte axial verlaufen, denn ein axialer Verlauf würde jede Längenänderung des Filterelements, die nicht mit einem Wärmeausdehnungseffekt zusammenhängt, behindern oder gar verhindern.
Aufgrund der vorzugsweise in etwa diagonal verlaufenden Orientierung sowohl der Kettdrähte als auch der Schussdrähte ist eine Längung bzw. eine Stauchung des Filterelements in gewissen Grenzen möglich, indem sich die Maschen verformen und der Winkel der Kett- und Schussdrähte sich bei einer Längung abflacht bzw. bei einer Stauchung steiler wird. Die Längung bzw. Stauchung des Filterelements eines erfindungsgemäßen Leitungsteils mit erfindungsgemäß verlaufenden Kettdrähten und Schussdrähten gestattet wiederum, dass sich das Filterelement relativ zur Hauptleitung und/oder Nebenleitung ausdehnt und zusammenzieht, so dass unterschiedlich schnelle Wärmeausdehnungseffekte nicht mehr zu kritischen Spannungen innerhalb des Filterelements führen können.
Entsprechende Effekte ergeben sich, wenn das Filterelement mindestens ein Stützgewebe enthält und dieses ebenfalls aus Kettdrähten und Schussdrähten gebildet ist, die in jeweils einem Winkel mit mehr als ca. 5 bis 10 Winkelgraden von der mittleren Längsachse des Abgasstroms abweichend verlaufen, wiederum insbesondere jeweils in einem Winkel von ca. 40 bis 50 Winkelgraden.
Eine weitere Möglichkeit, Beschädigungen des Filterelements bei gegebenenfalls gegenläufigen Wärmeausdehnungseffekten zu vermeiden, besteht darin, dass der Rand der Abzweigungsöffnung des Rohrstücks zum Inneren desselben hin abgerundet, insbesondere umgebogen ist. Das flächige Filterelement, das über der Abzweigungsöffnung liegt, kann dann, insbesondere wenn es ohnehin zum Inneren des Rohrstücks hin durchhängt oder konvex geformt ist, Wärmeausdehnungseffekte durch Formänderung und Ausweichbewegungen senkrecht zur Filterfläche kompensieren, ohne dass Beschädigungen des Filterelements an den Kanten der Abzweigungsöffnung oder auch eine Scherwirkung entstehen können; denn diese Kanten sind abgerundet.
Wenn das Filterelement eine Filterfeinheit von mindestens 200 µm aufweist, ist das erfindungsgemäße Leitungsteil insbesondere für Abgasrückführanlagen von Dieselmotoren geeignet. Denn dort sind die typischen Partikel, die vom Filterelement zurückgehalten werden müssen, größer als etwa 200 µm.
Schließlich kann es vorteilhaft sein, wenn die Befestigung des Filterelements im erfindungsgemäßen Leitungsteil mit einem Kondensatablauf versehen ist. Denn gerade in einer Abgasrückführungsleitung kühlt sich der Teilstrom ab, wodurch sich Kondenswasser bildet, welches zweckmäßigerweise durch einen Kondensatablauf aus der Leitung entfernt wird.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungsteil beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Leitungsteils;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, in gleicher Darstellung;
3 eine seitliche Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 2;
4 eine schematische Schnittdarstellung in Axialrichtung des Ausführungsbeispiels aus den 2 und 3;
5 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;
6 eine perspektivische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels;
7 eine Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels;
8 eine Draufsicht auf das Aufsatzelement des vierten Ausführungsbeispiels;
9 eine Schnittdarstellung A-A aus 8;
10 eine Schnittdarstellung B-B aus 9.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungsteil in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung abgebildet. Dieses Leitungsteil enthält ein Rohrstück 1 mit einer ersten 2 und einer zweiten Rohröffnung 3 und einer diese verbindenden umlaufenden Wandung 4, das eine Hauptleitung 5 für einen Abgasstrom 6 bildet. An einer Abzweigungsöffnung 7 in der Wandung 4 ist eine Nebenleitung 8 für einen aus dem Abgasstrom 6 abgezweigten Teilstrom 9 angebracht. Erfindungsgemäß ist diese Nebenleitung 8 mittels eines Aufsatzelements 10 an der Hauptleitung 5 angebracht, und zwar indem das Aufsatzelement 10 von außen auf das Rohrstück 1 aufgesetzt ist und hierbei die Abzweigungsöffnung 7 ganzflächig überdeckt.
Zwischen dem Bereich des Rohrstücks 1, der die Abzweigungsöffnung 7 umgibt, und dem Aufsatzelement 10 ist ein flächiges Filterelement 11 gehalten, das eine Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom 6 und dem Teilstrom 9 bildet, die vom Teilstrom 9 beim Abzweigen aus dem Abgasstrom 6 zu durchströmen ist. Beim Filterelement 11 handelt es sich um ein flächiges Filterelement, bestehend aus einem Stützgewebe und zwei Lagen eines Filtergewebes als filterwirksamen Bestandteil mit einer Filterfeinheit von ca. 75 µm. Es ist im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildet und weist in einem mittleren Bereich eine zum Inneren des Rohrstücks 1 hin orientierte konvexe Form auf. Dies ermöglicht, dass sich das Filterelement 11 senkrecht zur Filterfläche bewegen kann, um beispielsweise eine Ausweichbewegung durchzuführen, wenn es Wärmeausdehnungseffekten unterworfen ist. Daneben ergibt sich durch die konvexe Form des Filterelements 11 eine größere Filterfläche.
Das Filterelement 11 ist zwischen dem Rohrstück 1 und dem Aufsatzelement 10 in einem Schiebesitz schwimmend gelagert, so dass auch dort unterschiedlich ausgeprägte Wärmeausdehnungsbewegungen einerseits des Filterelements 11 und andererseits des Rohrstücks 1 und des Aufsatzelements 10 kompensiert werden können, um eine Beschädigung des Filterelements 11 zu vermeiden.
Das in 1 dargestellte Leitungsteil sitzt in der Abgasanlage eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs und weist im Bereich der Abzweigungsöffnung 7 eine Ausbauchung auf, um einen Dieselpartikelfilter 12 aufzunehmen. Dementsprechend heiß können der Abgasstrom 6 und der Teilstrom 9 werden, und zwar mit schnell ansteigenden Temperaturen. Hierbei wird das Filterelement 11 durch den heißen Teilstrom 9 in der Regel schneller erwärmt, als das Aufsatzelement 10 und das Rohrstück 1, also diejenigen Bauteile, in denen das Filterelement 11 gehalten ist. Um so wichtiger ist es, dass das Filterelement 11 durch die schwimmende Lagerung und die konvexe Ausformung Ausweichbewegungen durchführen kann, um unterschiedliche Wärmeausdehnungsbewegungen zu kompensieren und Zwängungen oder Spannungen im Filtermaterial zu vermeiden.
2 zeigt in einer der 1 entsprechenden Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungsteil. Auch hier wird die Hauptleitung 5 durch ein Rohrstück 1 gebildet, in dessen Wandung 4 sich eine Abzweigungsöffnung 7 befindet. Auf diese aufgesetzt befindet sich das erfindungsgemäße Aufsatzelement 10, das einstückig an die Nebenleitung 8 angeformt ist. Letztere setzt sich in einen Balg 13 zur Abgasrückführung fort.
Das Rohrstück 1 dieses Ausführungsbeispiels ist kreiszylindrisch geformt, und dessen Wandung 4 ist am Rand 14 der Abzweigungsöffnung 7 zum Inneren des Rohrstücks 1 hin umgebogen, so dass der Rand 14 der Abzweigungsöffnung 7 abgerundet ist. Auch hier ist das Filterelement 11, das die Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom und dem abgezweigten Teilstrom bildet, mit einer konvexen Ausbauchung versehen, die in das Innere des Rohrstücks 1 hineinreicht, um Wärmeausdehnungseffekte durch Ausweichbewegungen senkrecht zur Filterebene kompensieren zu können. Die Abrundung des Randes 14 der Abzweigungsöffnung 7 sorgt hierbei dafür, dass das Filterelement 11 bei Ausweichbewegungen nicht an Kanten der Abzweigungsöffnung 7 unvorteilhaften Scherwirkungen ausgesetzt wird, die das Filtermaterial beschädigen und/oder zur Freisetzung von Partikeln führen könnten.
In 3 ist das Ausführungsbeispiel aus 2 in einer seitlichen Ansicht dargestellt. So wird sichtbar, dass das Aufsatzelement 10 sattelförmig ausgestaltet ist und Sattelflügel 15 aufweist, die sich über eine Mittelachse 16 des kreiszylindrischen Rohrstücks 1 hinaus erstrecken.
4, die eine schematische axiale Schnittdarstellung dieses Ausführungsbeispiels ist, verdeutlicht den hierdurch erzielten Effekt: Die Sattelflügel 15 des Aufsatzelements 10 umgreifen die kreiszylindrisch ausgebildete Wandung 4 des Rohrstücks 1 mit einem Winkel von mehr als 180°, vorliegend um 200°, so dass das Aufsatzelement 10 mit seinen Sattelflügeln 15 im Ergebnis klemmend auf dem Rohrstück 1 sitzt. Das Aufsatzelement 10 kann zur Montage des Leitungsteils somit durch die elastische Verformbarkeit der Sattelflügel 15, die sich durch das metallische Material ergibt, auf die Wandung 4 des Rohrstücks 1 aufgeclipst werden, wo es aufgrund der klemmenden Wirkung vormontiert bleibt, bis es endgültig an der Wandung 4 des Rohrstücks 1 fixiert wird, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Eine Einführschräge am Sattelflügel 15 erleichtert den Montagevorgang.
Wie in 4 schließlich noch erkennbar ist, ist zwischen dem Sattelflügel 15 des Aufsatzelements 10 und der Wandung 4 des Rohrstücks 1 ein Sitz für das Filterelement 11 gebildet, und dieser Sitz ist mit einem Kondensatablauf 17 versehen, durch den Kondensat aus der Nebenleitung 8 bzw. aus dem Aufsatzelement 10, das durch das Filterelement 11 hindurchtritt und an der Wandung des Aufsatzelements 10 entlangläuft, in das Innere des Rohrstücks 1 abgeleitet und dort vom heißen Abgasstrom aufgenommen werden kann.
Die 5 und 6 zeigen in einer Schnittdarstellung und einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungsteil. Auch dieses umfasst wieder ein Rohrstück 1 mit einer ersten Rohröffnung 2 und einer zweiten Rohröffnung 3 sowie eine diese beiden Rohröffnungen 2, 3 verbindende Wandung 4. Diese ist nicht kreiszylindrisch ausgebildet, so dass das Rohrstück 1 eine Topfform aufweist. Mittels Halterungen 18, die im Kontext der vorliegenden Erfindung unwesentlich sind, wird das Rohrstück an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt.
Der zweiten Rohröffnung 3 gegenüberliegend, befindet sich in der Wandung 4 des Rohrstücks 1 die Abzweigungsöffnung 7 zum Abzweigen eines Teilstroms aus dem Abgasstrom, wobei der Teilstrom das Filterelement 11 durchströmen muss. Dieses wird zwischen dem Rohrstück 1 und einem Aufsatzelement 10 gehalten und überspannt so die Abzweigungsöffnung 7. Dieses Filterelement 11 weist eine Wellung auf, die es ermöglicht, dass Wärmeausdehnungsbewegungen, die vom Filterelement 11 und dem Rohrstück 1 bzw. dem Aufsatzelement 10 in unterschiedlichem Maße erfolgen, kompensiert werden können, um Zwängungen und Streckungen des Filterelements 11 zu vermeiden.
Die 7 bis 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungsteil, wobei 7 eine Gesamtansicht ist, während die 8, 9 und 10 jeweils nur einen Ausschnitt dieses Leitungsteils in einer Draufsicht (8), einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 8 (9) und einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B aus 9 (10) sind.
Wie in 7 erkennbar ist, wird die Hauptleitung 5 wiederum durch ein kreiszylindrisch geformtes Rohrstück 1 mit einer ersten Rohröffnung 2 und einer zweiten Rohröffnung 3 gebildet, während die Nebenleitung 8 wiederum mit einem Balg 13 versehen ist, um eine Beweglichkeit der Nebenleitung 8 zu gewährleisten. Sämtliche Teile bestehen aus Edelstahl und dienen zur Abzweigung eines Teilstroms aus dem Abgasstrom zum Zweck der Abgasrückführung.
An die Nebenleitung 8 ist das erfindungsgemäße Aufsatzelement 10 einstückig angeformt, wobei aus dieser Darstellung deutlich wird, dass das Aufsatzelement 10 an das Rohrstück 1 mittels einer umlaufenden Verlötung 19, außen auf die Wandung 4 des Rohrstücks 1 aufgesetzt, angelötet ist. Dies erfolgte nach Aufbringen einer Lötpaste in einem Lötofen.
Die 8, 9 und 10 zeigen lediglich einen Ausschnitt des in 7 dargestellten Leitungsteils, und zwar das Aufsatzelement 10 mit einem Ausschnitt der Wandung 4 des Rohrstücks 1, auf dem das Aufsatzelement 10 befestigt ist, sowie lediglich ein Stück der Nebenleitung 8.
So wird in 8 die Abzweigungsöffnung 7 in der Wandung 4 des Rohrstücks 1 sichtbar. Das Aufsatzelement 10 bildet außerdem einen Aufnahmeraum 20 für ein (hier nicht sichtbares) flächiges Filterelement 11, das dementsprechend vor dem Aufsetzen des Aufsatzelements 10 auf die Wandung 4 des Rohrstücks 1 beim Montieren des Leitungsteils in das Aufsatzelement 10, genauer in dessen Aufnahmeraum 20 eingesetzt und dort vorfixiert werden kann.
Näheres ist in den 9 und 10 zu erkennen; insbesondere in 10 ist sichtbar, wie das Filterelement 11 im Aufnahmeraum 20 des Aufsatzelements 10 sitzt.

Claims

Leitungsteil für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit einer Hauptleitung (5) für einen Abgasstrom (6) und einer von der Hauptleitung (5) abzweigenden Nebenleitung (8) für einen aus dem Abgasstrom (6) abgezweigten Teilstrom (9), sowie mit einem Filterelement (11), welches solcherart im Leitungsteil angeordnet ist, dass es eine Grenzfläche zwischen dem Abgasstrom (6) und dem Teilstrom (9) bildet, die vom Teilstrom (9) beim Abzweigen aus dem Abgasstrom (6) zu durchströmen ist, wobei die Hauptleitung (5) im Wesentlichen aus einem Rohrstück (1) mit einer ersten (2) und einer zweiten Rohröffnung (3) sowie einer die Rohröffnungen (2, 3) verbindenden umlaufenden Wandung (4) besteht, welche eine Abzweigungsöffnung (7) für die Nebenleitung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenleitung (8) mittels eines Aufsatzelements (10) an der Hauptleitung (5) befestigt ist, indem das Aufsatzelement (10), die Abzweigungsöffnung (7) ganzflächig überdeckend, von außen auf das Rohrstück (1) aufgesetzt ist, und dass das Filterelement (11) am Aufsatzelement (10) angebracht oder zwischen dem Rohrstück (1) und dem Aufsatzelement (10) eingelegt ist.
Leitungsteil nach Anspruch 1, wobei das Aufsatzelement (10) im Wesentlichen sattelförmig ausgestaltet ist.
Leitungsteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Aufsatzelement (10) an die Außenkontur des Rohrstücks (1) angepasst ist, insbesondere zum Herstellen eines um die Abzweigungsöffnung (7) umlaufenden Flächen- oder Linienkontakts zwischen dem Rohrstück (1) und dem Aufsatzelement (10).
Leitungsteil nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei das Aufsatzelement (10) aus einem elastisch verformbaren Material besteht und das Rohrstück (1) klemmend oder einschnappend in der Sattelform aufnimmt.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Aufsatzelement (10) an das Rohrstück (1) angelötet ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Aufsatzelement (10) einstückig an die Nebenleitung (8) angeformt ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Filterelement (11) flächig ausgebildet ist und wenigstens einen filterwirksamen Bestandteil aus einem Gestricke, Gewirk und/oder Gewebe, insbesondere einem Sintergewebe und/oder Tressengewebe enthält.
Leitungsteil nach Anspruch 7, wobei das Filterelement (11) im Wesentlichen aus einem Stützgewebe und mindestens zwei Lagen eines filterwirksamen Bestandteils besteht.
Leitungsteil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Filterelement (11) mit einem Durchhang in der Abzweigungsöffnung (7) angeordnet ist und/oder eine konvexe Form aufweist und/oder mit mindestens einer parallel zu einem Umfang des Filterelements (11) verlaufenden oder im wesentlichen konzentrischen Welle oder Sicke versehen ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein Rand (14) der Abzweigungsöffnung (7) zum Inneren des Rohrstücks (1) hin abgerundet, insbesondere umgebogen ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Filterelement (11) am Aufsatzelement (10) in einem Schiebesitz schwimmend gelagert ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Filterelement (11) mindestens ein Filtergewebe mit aus Kett- und Schussdrähten gebildeten Maschen enthält, bei dem sowohl die Kettdrähte als auch die Schussdrähte in jeweils einem Winkel mit mehr als ca. 5 bis 10 Winkelgraden von einer mittleren Längsachse des Abgasstroms (6) abweichend verlaufen, insbesondere jeweils in einem Winkel von ca. 40 bis 50 Winkelgraden.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Filterelement (11) mindestens ein Stützgewebe enthält, das aus Kettdrähten und Schussdrähten gebildet ist, die in jeweils einem Winkel mit mehr als ca. 5 bis 10 Winkelgraden von einer mittleren Längsachse des Abgasstroms (6) abweichend verlaufen, insbesondere jeweils in einem Winkel von ca. 40 bis 50 Winkelgraden.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Filterelement (11) eine Filterfeinheit von mindestens 200 µm, insbesondere von mindestens 75 µm aufweist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Wandung (4) des Rohrstücks (1) im Bereich des Aufsatzelements (10) mit einem Kondensatablauf (17) versehen ist.
Leitungsteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Rohrstück (1) und das Aufsatzelement (10) mit einer Montagehilfe zum lagerichtigen Zusammensetzen versehen sind.
Bausatz zum Herstellen eines Leitungsteils nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem Rohrstück (1), das eine Hauptleitung (5) für einen Abgasstrom (6) bildet, und mit einer Nebenleitung (8) für einen aus dem Abgasstrom (6) abgezweigten Teilstrom (9), wobei das Rohrstück (1) im Wesentlichen aus einer ersten (2) sowie einer zweiten Rohröffnung (3) und einer die Rohröffnungen (2, 3) verbindenden umlaufenden Wandung (4) besteht, welche eine Abzweigungsöffnung (7) für die Nebenleitung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bausatz außerdem ein an die Nebenleitung (8) angeformtes oder mit der Nebenleitung (8) verbundenes oder verbindbares Aufsatzelement (10) und ein am Aufsatzelement (10) anbringbares oder zwischen das Rohrstück (1) und das Aufsatzelement (10) einlegbares Filterelement (11) aufweist.